專利名稱：一種處理新型干法水泥窯爐燃煤產生的NO_x的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及NOx的處理方法，尤其涉及到處理新型干法水泥窯中由于燃煤產生的NOx的技術領域，具體涉及處理新型干法水泥窯中由于燃煤產生的NOxW—種新方法， NOx (氮氧化物)包括一氧化氮N0，二氧化氮NO2和一氧化二氮隊0等。
背景技術：
水泥的主要成分是硅酸鹽礦物，其主要元素組成氧、鈣、硅、鋁等具有同地球環(huán)境和大氣圈親和共融的屬性，其本身是一種與生態(tài)環(huán)境協(xié)調的產品。但是一直以來我國水泥工業(yè)都以“天然資源和能源消耗量大、利用效率低，粉塵及有害氣體污染排放嚴重”等形象出現。相對而言，減排方面的研究和應用工作稍顯滯后，對尾氣的關注主要集中在粉塵污染物排放方面，對尾氣中氣相有害污染物(例如C化物、S化物、N化物之類的氣體)的控制和減排研究沒有給予足夠的重視。水泥生產中熟料煅燒部分也就是燒成部分是水泥生產非常重要的一個環(huán)節(jié)，這部分主要由預熱器、分解爐、回轉窯、篦冷機四部分組成。生料經過預熱器預熱，到分解爐分解，氣固分離后，已分解的生料入窯，此時料粉的分解率一般控制在90%左右。氣體由下向上，生料在分解爐中分解所需的熱量部分由入分解爐的煤粉提供，所需助燃空氣一部分來自三次風，溫度在700°C-87(TC ；另一部分來自窯尾煙室的氣體。預分解的生料入回轉窯， 由于窯體傾斜放置且不斷旋轉，預分解的生料不斷向窯頭運動，在窯內被高溫逆向流動的氣體加熱而燒成熟料，最后經窯頭罩下端落入篦冷機，冷卻后入熟料庫。熟料回轉窯的助燃空氣由一次風和二次風提供，煤粉劇烈燃燒提供的熱可使燒成帶的煅燒溫度達到1500°C左右ο在水泥生產工藝過程中，NOx的產生主要源于高溫燃料中的氮和原料中的氮化合物，原料中的氮主要以NH+4形式存在于有機組分中，由天然原材料制備的生料中NH+4含量約為80-200g/t。水泥回轉窯廢氣NOx的排放量約為300-2200mg/m3 (標況，干基)，相當于每噸熟料排放0. 8-2. 5kg/t-熟料。處理水泥窯爐燃煤產生的NOx的方法有(1)燃燒前的控制技術燃燒前的控制技術主要是燃料的脫氮，燃料脫氮技術至今尚未很好開發(fā)，有待于今后繼續(xù)研究。(2)燃燒中的控制技術燃燒中的控制技術主要包括分級燃燒、低氧燃燒，以及煙氣再循環(huán)。分級燃燒技術——分級燃燒的基本原理是將煤粉燃燒過程分成兩個階段(主燃區(qū)和燃燼區(qū))進行.將燃燒用空氣分兩次噴入爐膛，減少煤粉燃燒區(qū)域的空氣量，使煤粉進入爐膛時就形成了一個富燃料區(qū).第一階段供給燃燒所需理論空氣量的80%左右，燃料先在缺氧的富燃料條件下燃燒，使燃燒速度和溫度降低，因而抑制了熱力型NOx的生成.同時， 燃燒生成的CO和NO進行還原反應，以及燃料N分解成中間產物(如NH，CN, HCN和NH3等)相互作用或使NO還原分解，抑制了燃料型NOx的生成；第二階段將燃燒用空氣的剩余部分以二次空氣輸入，成為富氧燃燒，此時空氣量雖多，一些中間產物被氧化為N0，但因火焰溫度低，NOx生成量不大，因而總的NOx生成量是降低的。采用空氣分級燃燒一般可使NOx排放量降低30% 40%。低氧燃燒技術——這是一種優(yōu)化裝置燃燒，降低NOx生成量的簡單方法，通過調整控制入窯爐空氣量，保持每只燃燒器噴口合適的風粉比，或將窯爐尾部的低煙氣直接或與二次風混合后送入爐膛，使煤粉燃燒盡可能在接近理論空氣量條件下進行。一般來說，采用低氧量運行可降低NOx排放15% 20%，但當爐膛內氧濃度過低(如低于3%以下)時，會造成煙氣中CO濃度和飛灰含碳量的急劇升高，從而增加化學不完全燃燒和機械不完全燃燒損失，燃燒經濟性下降。此外低氧燃燒會使爐膛內某些區(qū)域呈現還原性氣氛，從而降低煤灰熔點引起爐膛水冷壁壁面結渣和高溫腐蝕。因此，在設計窯爐時，應根據燃用煤質選取合適的出口過量空氣系數，運行中應及時調整燃燒配風，避免出現因降低NOx排放而導致其它一些運行問題的發(fā)生。煙氣再循環(huán)技術——煙氣再循環(huán)是將尾部排煙中的一部分冷煙氣(占總煙氣量的 10%以上)送入燃燒器，或與燃燒用空氣相混合后送入燃燒區(qū)，使得燃燒用空氣中的濃度下降，爐膛火焰溫度降低而減少燃料型NO、熱力型NO的生成量，一般能降低25% — 35%。 而煙氣再循環(huán)法的脫NO的效果不僅與燃料種類有關，而且與再循環(huán)煙氣量有關，當煙氣再循環(huán)倍率增加時NO減少，但進一步增大循環(huán)倍率，NO的排放將趨于一個定值，該值隨燃料含氮量增加而增大。但若循環(huán)倍率過大，爐溫降低太多，會導致燃燒損失增加。因此，煙氣再循環(huán)率一般不超過30%。當燃用難著火煤種時，由于受爐溫和燃燒穩(wěn)定性降低的限制，煙氣再循環(huán)法不適用。國內外對燃燒方式的改進作了大量研究工作，開發(fā)了許多低NOx燃燒技術和設備，并已在一些水泥爐窯上得到應用。根據燃燒過程中NOX的生成和破壞機理，燃燒過程控制技術控制NOX排放主要基于如下的策略降低燃燒室內火焰的峰值溫度；減少燃燒器內過?？諝庀禂岛蜏p少著火區(qū)的氧濃度；加入NOx還原劑等。主要包括以下幾類方法低過?？諝庀禂?LEA)、空氣分級燃燒(OFA)、煙氣再循環(huán)(TOR)、燃料分級或者再燃燒技術、低NOx燃燒器(LNBs)等。但由于一些低NOx燃燒技術和設備有時會降低燃燒效率，造成不完全燃燒損失增加，設備規(guī)模隨之增大，NOx的降低率也有限，所以目前低燃燒技術和設備尚未達到全面實用的階段，我國由于經濟水平的制約，主要是通過發(fā)展低嘰燃燒技術來降低NOx排放量；西方發(fā)達國家主要采用煙氣凈化技術和低NOx燃燒技術聯(lián)合控制NOx的排放量。(3)燃燒后的控制技術目前國內水泥窯爐最常用的是燃燒后的控制技術。燃燒后的控制技術主要是指煙氣脫銷技術。按照反應體系的狀態(tài)，脫硝技術大致可以分為濕法和干法。其中濕法包括水吸收法、酸吸收法、堿液吸收法、氧化吸收法、絡合吸收法以及生物凈化法等。干法則包括 催化分解法、吸附還原法、電子束法、等離子體活化法、變溫(變壓)吸附法以及催化還原法等。干法脫硝占主流地位.其原因是NOx與SO2相比缺乏化學活性，難以被水溶液吸收；NOx 經干法還原后成為無毒的隊和02，脫硝的副產品便于處理；濕法與干法相比，主要缺點是裝置復雜且龐大，副產品處理較難，電耗大。目前水泥窯爐窯尾煙氣多采用催化還原法。催化還原法可分為選擇性非催化還原法和選擇性催化還原法兩大類。
選擇性非催化還原法——在沒有催化劑作用下，向900 1100°C爐膛中噴入還原劑，還原劑迅速熱解并與煙氣中NOx反應生成N2。爐膛中會有一定量氧氣存在，噴入的還原劑有選擇性的與NOx反應，基本不與氧氣反應。在選擇性非催化還原過程中，尿基或氨基類化合物(NH3對煙氣中的NO可選擇性吸收，是良好的還原劑)作為還原劑將NOx轉化為N2。 非選擇性催化還原方法需要貴金屬作為催化劑，耗資較大。選擇性催化還原法——在催化劑作用下，向溫度約觀0 420°C的煙氣中噴入氨， 將NOx還原成N2和H20?，F在生產上多使用選擇性催化還原法。該法可以將廢氣中的NO排放濃度降至較低水平，并且它可以解決汽車尾氣造成的NOx污染問題，國內外的研究者把注意力集中在了 NOx的選擇性催化還原上，此法在國外已得到廣泛應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種新方法處理水泥窯爐中的氮氧化物(NOx)，從而減少水泥窯爐NOx的排放量，氮氧化物(NOx)包括一氧化氮N0，二氧化氮NO2和一氧化二氮隊0等。預分解熟料煅燒工藝過程中，燃料在回轉窯及分解爐兩處燃燒。其中燃料在回轉窯中是高溫燃燒，燃燒火焰溫度高達1800°C以上，燃燒中產生大量熱力型氮氧化物。而分解爐內煤粉在低溫下燃燒，氮氧化物的產生以燃料型NOx為主體。在分解爐內，主要發(fā)生著煤粉燃燒和碳酸鹽的分解反應，煤粉與生料混合懸浮在熱氣流中，煤粉燃燒放熱，碳酸鹽吸熱分解。由于燃燒速度快，放熱能力高，滿足了碳酸鹽強吸熱反應的需要。另一方面，碳酸鹽的不斷分解吸熱，使燃氣的溫度保持在略高于碳酸鹽平衡分解溫度的范圍，限制了氣體溫度的升高。針對上述特點，本發(fā)明主要采取一種新的方法處理分解爐中煤粉燃燒產生的NOx， 即加入合適的化學物質，與煤粉燃燒生成的NOx發(fā)生化學反應，生成高溫下穩(wěn)定的含氮鹽類，從而達到減少水泥窯NOx排放的目的，把這樣的化學物質叫做固氮劑。本發(fā)明采用的技術方案為在分解爐中，按照固氮劑中K元素煤粉中N元素的摩爾比為5 1 1 5的比例將固氮劑與煤粉混合均勻，混合之后按照常規(guī)的新型干法水泥窯爐燃煤進行下一步工序；所述固氮劑為KOH、K2CO3> K2S04。根據實驗結果分析得出，KOH、K2CO3, K2SO4這三種含K鹽類能更好的達到固氮的效果。由XRD的分析，KOH的燃燒產物的主要成分是K3N03、K3NO4 ;K2C03的燃燒產物的主要成分是KN3 ;K2S04的燃燒產物的主要成分是K4O (NO2) 2、ΚΝ02。而在KOH、K2CO3> K2SO4三種鹽類中以KOH的固氮效果最好。本發(fā)明的方法達到了預期固氮的目的，從而達到減少水泥窯NOx 排放的目的。說明書附1為實施例IKOH與煤粉的熱重圖、XRD、紅外圖其中紅外圖中的1-800 V對應的紅外圖形，2-606 V對應的紅外圖形，3_200 V對應的紅外圖形，4-178°C對應的紅外圖形，5-152°C對應的紅外圖形，6-50°C對應的紅外圖形；圖2為實施例2K2C03與煤粉的熱重圖、XRD、紅外圖其中紅外圖中的1-45 V對應的紅外圖形，2-151°C對應的紅外圖形，3-204 V對應的紅外圖形，4-690°C對應的紅外圖形，5-900V對應的紅外圖形；
圖3為實施例3K2S04與煤粉的熱重圖、XRD、紅外圖 其中紅外圖中的1-81V對應的紅外圖形，2-204 V對應的紅外圖形，3_271°C對應的紅外圖形，4-368°C對應的紅外圖形，5-464V對應的紅外圖形，6_590°C對應的紅外圖形， 7-900°C對應的紅外圖形；圖4為對比例煤粉的熱重圖、XRD。
具體實施例方式以下列舉實施例對本發(fā)明進行詳細說明，但是本發(fā)明的實現不限于以下實例，測試煤粉中的含氮量為0.83%。實驗采取的方案是K0H、K2C03、K2SO4分別與煤粉按照一定比例混合之后燃燒，以單獨的煤粉燃燒作為對比試驗。對燃燒之后的生成物進行XRD分析，分析物相的主要成分中是否含有含N鹽類，并結合相應的熱重和紅外結果對燃燒的熱力學過程進行準確的分析。實施例1KOH與煤粉的混合比例為Κ0Η中K元素煤粉中N元素的摩爾比等于2 1的比例混合均勻，其熱重圖、XRD、紅外圖見

圖1。圖4是單獨煤粉作為對比樣，由圖4單獨煤粉XRD圖形可以看出，煤粉單獨燃燒的產物主要是SiO、CaSO4, CaO,而KOH與煤粉燃燒之后的生成產物主要是K3N03、K3N04、Ca0，該組實驗在煤粉中加入了適量的Κ0Η，在燃燒的過程中 KOH參與了反應，K離子的鹽類成為主要的產物，圖1的XRD主要是分析燃燒之后的主要含氮鹽類。通過比較分析，煤粉中加入KOH達到了預期固氮的目的。實施例2K2CO3與煤粉的混合比例為=K2CO3中K元素煤粉中N元素的摩爾比等于1 1的比例混合均勻，其熱重圖、XRD、紅外圖見圖2。圖4是單獨煤粉作為對比樣，由圖4單獨煤粉XRD圖形可以看出，煤粉單獨燃燒的產物主要是SiO、CaSO4, CaO，而K2CO3與煤粉燃燒之后的生成產物主要是K2C03、KN3，該組實驗在煤粉中加入了適量的K2CO3，在燃燒的過程中部分的K2CO3參與了反應，但是K2CO3并沒有反應完全，所以在燃燒產物中還含有大量的1(20)3。 K離子的鹽類成為主要的產物，圖2的XRD主要是分析燃燒之后的主要含氮鹽類。實施例3K2SO4與煤粉的混合比例為=K2SO4中K元素煤粉中N元素的摩爾比等于1 1的比例混合均勻，其熱重圖、XRD、紅外圖見圖3。圖4是單獨煤粉作為對比樣，由圖4單獨煤粉XRD圖形可以看出，煤粉單獨燃燒的產物主要是SiO、CaSO4, CaO，而K2SO4與煤粉燃燒之后的生成產物主要是K2S04、KO2, K4O(NO2)2, KNO2，該組實驗在煤粉中加入了適量的K2S04，i 燃燒的過程中部分的K2SO4參與了反應，但是K2SO4并沒有反應完全，所以在燃燒產物中還含有大量的K2S04。K離子的鹽類成為主要的產物，圖3的XRD主要是分析燃燒之后的主要含氮鹽類。對比例單獨的煤粉，其熱重圖、XRD、紅外圖見圖4。上述實施例和對比例的樣品進行熱重紅外的實驗，實驗的升溫速率是5° /min,終止溫度是90(TC，在初始溫度下保溫120s，在終止溫度保溫900s，保護氣體是高純氮氣， 實驗過程中保持80ml/min 150ml/min的速率，反應氣體是壓縮空氣，實驗過程中保持 60ml/min 100ml/min的速率。紅外進氣口的溫度設置為200°C。熱重紅外實驗可以得粉末樣品的熱分解曲線以及對應不同溫度的氣體成分，熱重儀器中剩下的燃燒產物再進行XRD分析，從而具體分析固體燃燒產物的主要成分，以及紅外中得出的相對應的氣體成分。根據實驗結果分析得出，KOH、K2C03、K2SO4這三種含K鹽類能更好的達到固氮的效果。由XRD的分析，KOH的燃燒產物的主要成分是K3N03、K3NO4 ;K2C03的燃燒產物的主要成分是KN3 ;K2S04的燃燒產物的主要成分是K4O (NO2) 2、ΚΝ02。而在KOH、K2CO3> K2SO4三種鹽類中以KOH的固氮效果最好。
權利要求
1.一種處理新型干法水泥窯爐燃煤產生的NOX的方法，其特征在于，包括以下步驟在分解爐中，按照固氮劑中K元素煤粉中N元素的摩爾比為5 1 1 5的比例將固氮劑與煤粉混合均勻，混合之后按照常規(guī)的新型干法水泥窯爐燃煤進行下一步工序；所述固氮劑為 KOH、K2CO3、K2SO4。
2.權利要求1的一種處理新型干法水泥窯爐燃煤產生的NOX的方法，其特征在于，KOH 中K元素煤粉中N元素的摩爾比等于2 1。
3.權利要求1的一種處理新型干法水泥窯爐燃煤產生的NOX的方法，其特征在于,K2CO3 與煤粉的混合比例為=K2CO3中K元素煤粉中N元素的摩爾比等于1 1。
4.權利要求1的一種處理新型干法水泥窯爐燃煤產生的NOX的方法，其特征在于,K2SO4 與煤粉的混合比例為=K2SO4中K元素煤粉中N元素的摩爾比等于1 1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種處理新型干法水泥窯爐燃煤產生的NOx的方法，包括以下步驟在分解爐中，按照固氮劑中K元素∶煤粉中N元素的摩爾比為5∶1～1∶5的比例將固氮劑與煤粉混合均勻，混合之后按照常規(guī)的新型干法水泥窯爐燃煤進行下一步工序；所述固氮劑為KOH、K2CO3、K2SO4。本發(fā)明的方法達到了預期固氮的目的，從而達到減少水泥窯NOx排放的目的。
文檔編號C10L9/10GK102260051SQ20101019480
公開日2011年11月30日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權日2010年5月28日
發(fā)明者蘭明章, 葉文娟, 崔素萍, 李琛, 王亞麗, 王子明 申請人:北京工業(yè)大學